骨質(zhì)疏松是老年人中常見的慢性疾病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球超過2億人罹患骨質(zhì)疏松癥，每3秒就有一例骨質(zhì)疏松性骨折發(fā)生。我國50歲以上人群的骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率為19.2%。為此，科學(xué)家們?cè)趯ふ曳桨竵砟孓D(zhuǎn)骨質(zhì)流失。

近日，海軍軍醫(yī)大學(xué)的蘇佳燦/陳曉研究團(tuán)隊(duì)在《Bioactive Materials》雜志上發(fā)表研究成果。他們提出了一種通過在外泌體膜表面展示CXCR4來獲得使其骨靶向骨外泌體的新方法，有望逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的骨質(zhì)流失。
 

研究背景

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（BMSC）是骨髓脂肪細(xì)胞和成骨細(xì)胞的祖細(xì)胞。BMSC從成骨分化轉(zhuǎn)變?yōu)槌芍�分化，骨形成受損，是許多病理性骨質(zhì)流失的特征。抑制成脂分化并促進(jìn)成骨分化，有望治療骨質(zhì)疏松癥。

之前的研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，miR-188顯著增加。這種miRNA可調(diào)節(jié)BMSC的分化命運(yùn)，促進(jìn)脂肪生成并抑制骨生成。因此，以miR-188為靶點(diǎn)進(jìn)行治療可以促進(jìn)骨形成。然而，大劑量siRNA的全身給藥可能對(duì)非骨骼組織產(chǎn)生不利影響。這就突出了骨靶向遞送系統(tǒng)的必要性。

外泌體（exosomes）在藥物遞送方面展示出驚人的潛力。同時(shí)，考慮到SDF-1/CXCR4軸在造血干細(xì)胞歸巢中發(fā)揮重要作用，研究人員假設(shè)CXCR4陽性的外泌體可以被招募到骨髓。于是，他們嘗試用CXCR4+外泌體來實(shí)現(xiàn)miRNA拮抗劑的骨靶向遞送，以此來逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的骨質(zhì)流失。

CXCR4+外泌體的體內(nèi)分布

為了驗(yàn)證這一假設(shè)，研究人員通過慢病毒包裝系統(tǒng)將CXCR4基因引入NIH-3T3細(xì)胞系，并通過RT-qPCR和免疫熒光證明了CXCR4在NIH-3T3細(xì)胞上成功表達(dá)。之后，他們從培養(yǎng)上清液中分離出外泌體，并證實(shí)CXCR4在外泌體的表面表達(dá)。

接下來，為了驗(yàn)證CXCR4+外泌體具有骨靶向特性，他們開展了體內(nèi)追蹤實(shí)驗(yàn)。他們用Cy5熒光染料對(duì)NIH-3T3細(xì)胞和CXCR4+ NIH-3T3細(xì)胞的外泌體進(jìn)行標(biāo)記，并通過尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)。他們發(fā)現(xiàn)，CXCR4+ EXO組小鼠的股骨處存在特異性的染料富集，表明CXCR4+外泌體特異性靶向骨髓（圖1）。據(jù)悉，這是第一項(xiàng)通過外泌體膜表面展示CXCR4來使其靶向骨的研究，這為在骨髓中富集外泌體提供了指導(dǎo)。
 

圖1. CXCR4+外泌體的體內(nèi)分布

雜合納米顆粒的骨靶向特性

之后，研究人員將CXCR4+外泌體與攜帶antagomir-188（miR-188拮抗劑，Cy5標(biāo)記）的脂質(zhì)體融合，形成雜合納米顆粒（hybrid NP），并注射到小鼠體內(nèi)。正如追蹤研究所示，外泌體/脂質(zhì)體比例為1:1和4:1的雜合納米顆�？删奂�在骨髓中。此外，小鼠股骨中的熒光強(qiáng)度逐漸增加，這表明熒光標(biāo)記的貨物被捕獲在骨髓中（圖2）。注射48小時(shí)后，小鼠的肝腎功能保持穩(wěn)定，證明納米顆粒在體內(nèi)沒有細(xì)胞毒性。這些結(jié)果表明，具有骨靶向特性的CXCR4+雜合納米顆粒被成功構(gòu)建。
 

圖2. CXCR4+雜合納米顆粒的體內(nèi)分布

雜合納米顆粒促進(jìn)成骨分化

并抑制成脂分化

為了進(jìn)一步研究攜帶antagomir-188的雜合納米顆粒的功效，研究人員在年齡相關(guān)性骨質(zhì)疏松癥小鼠模型上測(cè)試了它的效果。他們每周一次向18月齡的老年雄性小鼠靜脈內(nèi)注射雜合納米顆粒，總共持續(xù)8周。與對(duì)照相比，經(jīng)antagomir-188 NP處理的小鼠明顯顯示出明顯更高的骨量保留。

接下來，他們通過蘇木精/伊紅（H&E）染色以及脂肪酸結(jié)合蛋白4（FABP4）的免疫組化來探索骨生成和脂肪生成。他們發(fā)現(xiàn)，攜帶antagomir-188的雜合納米顆粒降低了骨小梁周圍的骨髓脂肪細(xì)胞的數(shù)量，并增加了骨襯細(xì)胞的數(shù)量（圖3）。
 

圖3. 雜合納米顆粒逆轉(zhuǎn)了與年齡相關(guān)的骨質(zhì)流失

在體外研究中，他們也發(fā)現(xiàn)攜帶antagomir-188的雜合納米顆粒可以增加ALP陽性的成骨細(xì)胞合成。油紅O染色也證明，在成脂誘導(dǎo)后，antagomir-188 NP抑制了BMSC中的脂質(zhì)滴形成。在此，研究人員使用了賽業(yè)生物的成骨誘導(dǎo)分化培養(yǎng)基和成脂誘導(dǎo)分化培養(yǎng)基。這些結(jié)果表明，遞送antagomir-188的骨靶向納米治療劑通過促進(jìn)BMSC的成骨分化和抑制成脂分化而逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的骨質(zhì)流失。
 

結(jié)論

這項(xiàng)研究在外泌體的表面展示了CXCR4，并將其與攜帶antagomir-188的脂質(zhì)體融合。CXCR4+外泌體-脂質(zhì)體雜合納米顆粒傾向于在骨髓中聚集并釋放antagomir-188，后者可促進(jìn)成骨分化并抑制成脂分化，從而逆轉(zhuǎn)與年齡相關(guān)的骨質(zhì)流失。它提供了一種基于外泌體的骨靶向RNAi遞送策略，有望作為病理性骨質(zhì)流失的療法。

原文檢索：
Exosome-guided bone targeted delivery of Antagomir-188 as an anabolic therapy for bone loss.

DOI:10.1016/j.bioactmat.2021.02.014.